UNIX的开发环境?
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发布时间：2022-04-02 19:50
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时间：2022-04-02 21:20
附:一、概述
标准 UNIX 操作系统是一个交互式的分时系统，提供了一个支持程序开发全过程的基础和环境，可以支持40个终端用户。UNIX系统是由美国电报电话公司（AT&T）下属的Bell实验室的两名程序员K.汤普逊（Ken Thompson）和D.里奇(Dennis Ritchie)于1969～1970年研制出来的。UNIX问世以来十分流行，它运行在从高档微机到大型机各种具有不同处理能力的机器上。目前，UNIX除了可在PDP-11 、DEC公司的VAX-11系统的各种机型上运行之外，还可以在IBM的370、3300系列机和Amdahi公司、Data General公司、Hp公司的系列机上。近年来，几乎所有的16位机、32位微型计算机都竞相移植UNIX。这种情况在操作系统发展的历史上是极为罕见的。随着UNIX的普及,书写系统的C语言也成为引人注目的语言，得到广泛使用。
UNIX系统获得了巨大的成功，这有着内在的原因和客观的因素。客观条件之一是，UNIX问世之前己有许多操作系统研制成功，其中有成功的经验，也有失败的教训，而UNIX的设计者正是经过认真考虑，作了适当的取舍，使UNIX站在前人肩头上获得成功（MULTICS用了200人年未达到原定目标，UNIX只用了2个人年）；其二是,由于当时人们需要一个使用方便、能提供良好开发环境、大小适中的系统，UNIX恰是生逄其时；其三是，UNIX是在PDP-11系列机上开发出来的，这种机器在世界上己得到广泛应用，这为UNIX广泛配置创造了条件。当然，UNIX成功的关键是在于自身的性能和特点。
UNIX的主要特点是：短小精悍、简易有效、并具有易理解、易扩充、易移植性。
UNIX的核心程序由约10000行C语言代码和1000行汇编语言代码构成，被分成能独立编译和汇编的44个文件，每个文件又分若干过程。这些文件可分以下三类：
⑴汇编语言文件：系统只有2个文件用汇编语言编程,包含33个汇编子程序，与机器硬件直接相关的部分，如中断处理、系统启动等，为了提高效率，有些频繁使用的基本过程，也用汇编语言编写。
⑵C语言文件：共有28个,其中包括进程管理的主要过程，它们又可分成190个子程序 。文件可以独立编译，经装配程序连接装配后就可执行。
⑶C语言全局变量文件：共14个,其中含有结构的重要说明。这类文件不能独立编译，而必须和某个C语言文件一起编译。
二、UNIX操作系统的主要特点
1.精巧的核心与丰富的实用层
UNIX系统在结构上分成内核层和实用层。核心层小巧，而实用层丰富。核心层包括进程管理、存储管理、设备管理、文件系统几个部分。UNIX核心层设计得非常精干简洁，其主要算法经过反复推敲，对其中包含的数据结构和程序进行了精心设计。因此，核心层只需占用很小的存储空间，并能常驻内存，以保证系统以较高的效率工作。
实用层是那些能从核心层分离出来的部分，它们以核外程序形式出现并在用户环境下运行 。这些核 外程序包含有丰富的语言处理程序。UNIX支持十几种常用程序设计语言的编译和解释程序,如C、APL、FORTRAN77、PASCAL、SNOBOL、COBOL、BASIC、ALGOL68等语言及其编译程序。还包括其他操作系统常见的实用程序，如编辑程序、调试程序、有关系统状态监控和文件管理的实用程序等。UNIX还有一组强有力的软件工具，用户能比较容易地使用它们来开发新的软件。这些软件工具包括:用于处理正文文件的实用程序troff,源代码控制程序SCC
S(Source Code Control System),命令语言的词法分析程序和语法分析程序的生成程序LEX(Generator of Lexical Analyzers)和YACC(Ye
t Another Compiler Compiler)等。另外，UNIX的命令解释程序Shel
l也属于核外程序 。正是这些核外程序给用户提供了相当完备的程序设计环境。
UNIX的核心层向核外程序提供充分而强有力的支持。核外程序则以内核为基础，最终都使用由核心层提供的低层服务，它们逐渐都成了“UNIX系统”的一部分。核心层和实用层两者结合起来作为一个整体，向用户提供各种良好的服务。
2.使用灵活的命令程序设计语言Shell
Shell首先是一种命令语言。UNIX 的200多条命令对应着200个实用程序。Shell 也是一种程序设计语言。它具有许多高级语言所拥有的控制流能力，如if、for、while、until、case语句,以及对字符串变量的赋值、替换、传替参数、命令替换等能力。用户可以利用这些功能用Shell语言写出“Shell”程序存入文件。以后用户只要打入相应的文件名就能执行它。这种方法易于系统的扩充。
3.层次式文件系统
UNIX系统采用树型目录结构来组织各种文件及文件目录。这样的组织方式有利于辅助存储器空间分配及快速查找文件，也可以为不同用户的文件提供文件共享和存取控制的能力，且保证用户之间安全有效的合作。
4.文件和设备统一看待
UNIX系统中的文件是无结构的字节序列。在缺省情况下，文件都是顺序存取的，但用户如果需要的话，也可为文件建立自己需要的结构，用户也可以通过改变读／写指针对文件进行随机存取。
UNIX将外围设备与文件一样看待，外围设备如同磁盘上的普通文件一样被访问、共享和保护。用户不必区分文件和设备，也不需要知道设备的物理特性就能访问它。例如系统中行式打印机对应的文件名是／dev/lp 。用户只要用文件的操作（write）就能把它的数据从打印机上输出。这样在用户面前，文件的概念简单了，使用也方便了。
5.良好的移植性
UNIX的所有实用程序和核心的90%代码是用C语言写成的，这使得UNIX成为一个可移植的操作系统。操作系统的可移植性带来了应用程序的可移植性，因而用户的应用程序即可用于小型机，又可用于其他的微型机或大型机。从而大大提高了用户的工作效率。
虽然UNIX系统取得了巨大的成功，但它也不是没有缺点的。概括起来，对UNIX的批评有如下几点：
1.UNIX系统的版本太多，造成应用程序的可移植性不能完全实现
UNIX是用C语言写成的,因而容易修改和移植。UNIX也鼓励用户用UNIX的工具开发适合自己需要的环境，这样造成了UNIX版本太多而不统一。为了解决这一问题，目前 AT&T己与四家重要的微机厂家(Inte
r,Motorola ,Zilog和National Semiconctor)合作制订统一的UNIX
system V版本，这将会给UNIX的标准化以重大影响。
2.UNIX系统缺少诸如实时控制、分布式处理、网络处理能力
这一缺点也在不断改进中，以UNIX为基础的分布式系统和具有实时处理能力的系统己在研制中，有的已研制成功。
3.UNIX系统的核心是无序模块结构
UNIX系统的核心有90%是用C语言写成的，但其结构不是层次的，故显得十分复杂，不易修改和扩充。
UNIX系统的这些缺点比起它的成就而言是十分次要的，它的成功是辉煌的。
三、UNIX系统结构
UNIX操作系统采用以全局变量为中心的模块结构，因而系统结构较为复杂，这主要表现在：模块间的循环调用和文件之间的全局变量问题。
从结构上看，UNIX可以分为核心层和外壳层，核心层又分成与硬件接口的设备驱动、物理存储块管理的最低层及实现存储管理、文件管理、设备管理、进程管理等功能的低层。核心的外层是系统调用，它是UNIX核心的对外接口。最外层的Shell是用户与UNIX系统的接口,其他的各种实用程序和用户程序也在这一层运行。
系统结构如图8.1所示。
1.Shell
UNIX提供的用户接口是一种被称为Shell的命令语言,这种命令语言的解释程序也称为Shell 。在系统初始启动时为每个用户建立一个Shell进程，每个Shell进程等待用户输入命令。命令的最简单形式是一个命令行，由命令名和若干参数组成,中间用空格隔开。Shell解释执行命令时,先区分命令名和参数,然后根据命令名找出对应的文件，把文件读入内存，并按给出的参数解释执行。
命令的执行是通过 fork 系统调用来完成的，Shell进程调用for
k后,fork创建一个Shell进程的子进程且让Shell进程等待。子进程解释执行命令，命令执行结束时子进程调用exit系统调用完成终止子进程和释放父进程的工作。Shell进程被释放后,给出允许用户输入下一个命令行的提示，命令的基本执行过程如图8.2。
UNIX的交互系统要求用户必须等待前一行命令执行结束，在终端上出现提示符后才能输入下一个命令行。由于有些命令的执行时间较长，因此为了减少用户等待时间,在UNIX系统中允许用户使用Shell命令语言编写程序来表示一组命令的执行顺序，用命令语言编写成的程序称Shell程序。Shell程序存放在文件上，需要时由命令解释程序去执行Shell程序中的各个命令。
2.系统调用
系统调用是用户程序请求操作系统为其服务的惟一形式，在UNIX中把系统调用称为程序员接口。UNIX规定用户程序用捕俘(trap)指令请求系统服务，UNIX核心中的中断捕俘程序根据trap的类型转向相应的处理程序。Trap指令形式如下：
UNIX第6版共有41条系统调用，可以分成以下三类：
①与进程管理有关的系统调用，如建立子进程、等待子进程、睡眠、发信号、修改数据段大小等。
②与文件管理有关的系统调用，如建立文件、连接文件、打开文件、关闭文件 、读文件 、写文件以及修改当前目录、修改文件属性等。
③其他系统调用，如取当前用户号 、取日历时间 、读取进程运行时间、改变优先数等。
在系统调用中，参数的传递有两种方式。第一种方式：在程序中通过trap指令后继单元传送。这一方式又分为直接方式和间接方式。在直接方式中,允许在trap指令的后继单元中最多可放5个参数；在间接方式中，trap指令的后继单元放的是一个参数区指针，在这个参数区可以存放更多的参数。第二种方式是通过寄存器R0,R1传递参数的。
UNIX的系统程序员界面这包括了大量的库子程序和标题文件。标题文件定义了在系统调用中使用的复杂数据结构；库子程序和库函数为系统调用提供了附加的程序支持。
3.存储管理
UNIX系统最初是在 PDP-11 上开发的，PDP-11是段式结构的存储器，在PDP-11中把段称作页，每一页可包含若干块，每块64个字节，主存以块为单位进行分配。
存储分配采用优先适应算法，存储空间使用空闲区表来管理。每表占50项，每项2个单元，一个指向相应空闲区起始块号,另一个指出空闲区大小。表内各项次序按空闲区地址从低到高排列，若有两个相邻空闲区则合并成一个。表项内容为0，表示表尾。
由于PDP-11不支持虚拟存储器，所以UNIX中内存用户区和磁盘对换区的分配和释放由存储管理模块管理。在对换程序的管理下内存用户区和磁盘对换区连成一体，起着虚拟存储器的作用。对换进程扫描PCB表，发现辅存有就绪进程时，查内存是否有空闲区,若有空闲区则直接调入；否则要把内存中某些进程换出，若内存没有可换出进程，则对换进程处于等待状态，直到某些事件发生，唤醒后再度工作。辅存有多个就绪进程时，按先进先出换进内存；内存有多个进程可换出时，则选可换进程中优先数低的进程换出。
当进程要增加页长时，可通过申请新页、释放旧页来实现。若内存无足够空间，则在辅存申请新页，同时将进程整个换到辅存。
Linux是什么?
1991年，芬兰赫而辛基的学生LinusTorvalds为了自己使用与学习的需要，他开发了类似Unix且运行在80386平台上运行的操作系统，命名为Linux。为了使每个需要它的人都能够容易的得到它，LinusTorvalds把它变成了"自由"软件。
感谢Internet的飞速发展使得全世界的程序开发员有了一种全新的有效沟通方法。还要感谢在数年之前由RichardStallman主持的GNU项目。Linux在几年后变成了一个完整的操作系统。它的能量得到了释放，变得非常可靠，并且每天都会有新的改进加入进去。
为了使Linux变得容易使用，Linux也有了许多发布版本，发布版实际上就是一整套完整的程序组合。现在已经有许多不同的Linux发行版和各自的版本号，为了不产生混淆，我们先解释一些常提到的术语。
当我们提到Linux时，一般是指"RealLinux"，即内核，是所有UNIX操作系统的“心脏”。但光有linux并不能成为一个可用的操作系统。还需要许多软件包，编译器，程序库文件，Xwindow系统等等。因为组合方式不同，面向用户对象不同，所以这就是为什么有许多不同的Linux发行版的原因。
Linux的特点
Linux操作系统在短短的几年之内得到了非常迅猛的发展，这与Linux具有的良好特性是分不开的。Linux包含了Unix的全部功能和特性。简单的说，Linux具有以下主要特性：
1.开放性
开放性是指系统遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连（OSI）国际标准。凡遵循国际标准所开发的硬件和软件，都能彼此兼容，可方便地实现互连。
2.多用户
多用户是指系统资源可以被不同用户各自拥有使用，即每个用户对自己的资源（例如：文件、设备）有特定的权限，互不影响。Linux和Unix都具有多用户的特性。
3.多任务
多任务是现代计算机的最主要的一个特点。它是指计算机同时执行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。Linux系统调度每一个进程，平等地访问微处理器。由于CPU的处理速度非常快，其结果是，启动的应用程序看起来好像在并行运行。事实上，从处理器执行一个应用程序中的一组指令到Linux调度微处理器再次运行这个程序之间只有很短的时间延迟，用户是感觉不出来的。
4.良好的用户界面
Linux向用户提供了两种界面：用户界面和系统调用。Linux的传统用户界面是基于文本的命令行界面，即shell，它既可以联机使用，又可存在文件上脱机使用。shell有很强的程序设计能力，用户可方便地用它编制程序，从而为用户扩充系统功能提供了更高级的手段。可编程Shell是指将多条命令组合在一起，形成一个Shell程序，这个程序可以单独运行，也可以与其他程序同时运行。
系统调用给用户提供编程时使用的界面。用户可以在编程时直接使用系统提供的系统调用命令。系统通过这个界面为用户程序提供低级、高效率的服务。Linux还为用户提供了图形用户界面。它利用鼠标、菜单、窗口、滚动条等设施，给用户呈现一个直观、易操作、交互性强的友好的图形化界面。
5.设备独立性
设备独立性是指操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待，只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用文件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具体存在形式。
具有设备独立性的操作系统，通过把每一个外围设备看作一个独立文件来简化增加新设备的工作。当需要增加新设备时、系统管理员就在内核中增加必要的连接。这种连接（也称作设备驱动程序）保证每次调用设备提供服务时，内核以相同的方式来处理它们。当新的及更好的外设被开发并交付给用户时，操作允许在这些设备连接到内核后，就能不受*地立即访问它们。设备独立性的关键在于内核的适应能力。其他操作系统只允许一定数量或一定种类的外部设备连接。而设备独立性的操作系统能够容纳任意种类及任意数量的设备，因为每一个设备都是通过其与内核的专用连接独立进行访问。
Linux是具有设备独立性的操作系统，它的内核具有高度适应能力，随着更多的程序员加入Linux编程，会有更多硬件设备加入到各种Linux内核和发行版本中。另外，由于用户可以免费得到Linux的内核源代码，因此，用户可以修改内核源代码，以便适应新增加的外部设备。
6.提供了丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。Linux在通信和网络功能方面优于其他操作系统。其他操作系统不包含如此紧密地和内核结合在一起的连接网络的能力，也没有内置这些联*性的灵活性。而Linux为用户提供了完善的、强大的网络功能。
支持Internet是其网络功能之一。Linux免费提供了大量支持Internet的软件，Internet是在Unix领域中建立并繁荣起来的，在这方面使用Linux是相当方便的，用户能用Linux与世界上的其他人通过Internet网络进行通信。
文件传输是其网络功能之二。用户能通过一些Linux命令完成内部信息或文件的传输。
远程访问是其网络功能之三。Linux不仅允许进行文件和程序的传输，它还为系统管理员和技术人员提供了访问其他系统的窗口。通过这种远程访问的功能，一位技术人员能够有效地为多个系统服务，即使那些系统位于相距很远的地方。
7.可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障。
8.良好的可移植性
可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。
Linux是一种可移植的操作系统，能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境中和任何平台上运行。可移植性为运行Linux的不同计算机平台与其他任何机器进行准确而有效的通信提供了手段，不需要另外增加特殊的和昂贵的通信接口。
我们为什么要用Linux?
Linux是"免费"的,上面又有那么多"免费"的软件,为什么不用?
Windows实在太不稳定了,受不了,换个平台吧。
想学习UNIX，可是钱包里的钞票不多,先从Linux开始吧。
想学习操作系统,哪里有开放源代码的OS?而且还要很活跃,有前途的。
基于Linux的并行计算，不但费用低廉，而且功能强大，有潜力,重要的是有源代码。
想成为一名Hacker(当然是网侠一类),Linux当然是最好的工具之一。
Linux潜在的商业价值不可限量,性能相当地好,稳定性也很好,用其替换商业操作系统真是明智的选择。
Oracle,Infomix,Sysbase,IBM都支持Linux了,用其作数据库平台挺不错。烦了一次又一次去买许可证(奸商经常设这样的陷阱),Linux遵循公共版权许可证(GPL)正合我意。
Linux太适合Internet/Intranet,本身就是通过网络来协同开发的,网络时代为什么不用Linux?
采用Linux可以极大的降低拥有者总成本(TCO)。等待商业操作系统补丁的耐心是有限度的,更受不了总被商家牵着鼻子走,开放源代码的Linux至少可以使用户有一定的控制权。开放源代码使用户可以按照自己的需要添加或删除某些功能,用户可定制性,真是太好了!
利用开放源代码的Linux还可以开发路由器,嵌入式系统,网络计算机,个人数字助理等等,GNU真是巨大的知识宝库,何乐而不用?
崇尚自由软件精神和梦想,贡献自己的力量!
参考资料：网络世界
希望对你有用!
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时间：2022-04-02 22:38
